混凝土耐久性与修复技术

浅谈影响混凝土耐久性的因素及相应对策

摘要：混凝土结构耐久性问题是一项影响因素错综复杂，研究难度较大的课题，目前日益受到国内外科学工作者的关注。文中仅就影响混凝土耐久性的

若干主要因素进行了分析阐述，并提出了提高混凝土耐久性的相应对策

和预防措施。

关键词：混凝土；耐久性；影响因素；预防措施

1．引言

耐久性混凝土是指在预定作用和预期的维护与使用条件下，能在预定的期限内维持其所需的最低性能要求的混凝土，也可定义为混凝土结构在规定的使用年限内，在使用过程中经受气候变化、化学侵蚀、磨损等各种破坏因素的作用下，不需要额外的费用加固处理而保持其安全性及正常的使用功能及完整的外观，混凝土耐久性涉及到混凝土性能的方方面面，是影响混凝土使用寿命的首要因素。2．影响混凝土耐久性的因素

造成混凝土耐久性不佳的原因多种多样，主要可分为：

①由温度变化引起的收缩膨胀裂缝，如冻融循环、除冰盐分对混凝土的剥蚀

等物理变化；

②由混凝土内部材料引起的碱集料反应以及外部侵蚀性离子引起的诸如钢

筋锈蚀、硫酸盐侵蚀以及碳化等化学变化；

③机械破坏：冲击、磨损、流动淡水溶蚀作用、流动气体的磨蚀、冲蚀等机

械破坏。

下面从几个方面简要介绍

2.1 混凝土的碳化

混凝土的碳化是指空气中的二氧化碳渗入混凝土的孔隙和毛细孔中溶于空中液体，与水泥的水化作用产物氧氧化钙、硅酸钙等作用形成碳酸钙等。一般认为，碳化本身对混凝土并无危害，甚至会提高混凝土的密实性和强度，其主要危害是由于混凝土碱性降低使钢筋表面在高碱环境下形成对钢筋起保护作用的致密氧化膜遭到破坏。碳化的混凝土还会加剧收缩变形，导致裂缝的出现，粘结力下降，甚至钢筋保护层剥落。另外，碳化使混凝土变脆，构件延性降低。混凝土碳化的经典理论是基于Fick第一扩散定律的碳化模型，它认为混凝土的碳化深度与时间的0.5次方成正比，已被大量室内试验和工程现场调查资料所证实。

影响碳化速度的因素之一是环境条件，如相对湿度、二氧化碳浓度、温度、以及混凝土表面的覆盖层，混凝土的应力状态，施工质量等；二是属于材料本身的因素，如水灰比，水泥品种，水泥用量，骨料品种与粒径，外掺加剂，养护方法与龄期，混凝土强度等级。除时间因素外，影响混凝土碳化的因素还包括环境因素和混凝土材料本身的因素以及混凝土的施工、早期养护及使用中的维护等。

混凝土碳化到钢筋表面后，钢筋表面纯化膜遭到破坏，当有氧和水存在时，钢筋开始锈蚀，其力学性能将急剧衰减。

2.2 钢筋的锈蚀

钢筋锈蚀是造成混凝土结构耐久性损伤的最主要原因。根据其产生原因可分为：①钢筋在外部介质作用下发生电化反应，逐步生成氢氧化铁即铁锈，体积增大造成混凝土顺筋裂缝，便于腐蚀介质渗入钢筋，加快结构的损坏；②氯离子对钢筋表面钝化膜有特殊的破坏作用，当混凝土中氯含量超过标准时钢筋会锈

蚀，若混凝土开裂，造成水和氧的通道，形成恶性循环；③钢筋在拉应力和腐蚀性介质共同作用下形成脆性断裂，这种破坏可在较低拉应力和微弱介质作用下产生破坏；④钢筋的氢脆现象。

钢筋锈蚀的直接后果是钢筋的有效截面面积减少，不均匀锈蚀导致钢筋表面凸凹不平，产生应力集中现象，使钢筋的力学性能退化，如强度降低、脆性增大、延性变差，导致构件承载能力降低。

2.3 混凝土性能的劣化

2.3.1 环境水的侵蚀

硅酸盐水泥熟料的四种矿物成分经水化作用产生氢氧化钙、水化硅酸钙、水化铝酸钙、水化铁酸钙等产物。在一般情况下这些矿物成分都是稳定的，但在某些特殊条件下它们会发生一定的化学反应，从而破坏水泥石的结构。

(1) 溶出性侵蚀 (软水侵蚀) 水泥中的水化产物都必须在一定浓度的石灰溶液中才能稳定存在，当环境水中的石灰浓度小于该水化产物的极限石灰浓度时，则该水化产物将会被溶解或分解，首先是溶解溶解度比较大的氢氧化钙，直到达到所需要的极限浓度。

(2) 一般酸性侵蚀某些地下水或工业废水中含有游离态的酸，这些酸能够和混凝土中的氢氧化钙发生反应，生成相应的钙盐。所生成的钙盐或易溶与水，或松软无胶结力，或在水泥石的孔隙内结晶，体积膨胀，产生破坏作用。

(3) 硫酸盐侵蚀在海水、地下水及盐沼地矿物水中，常含有大量的硫酸盐，如硫酸镁、硫酸钠等，对混凝土均有严重的破坏。它们与氢氧化钙作用成石膏，石膏在混凝土孔隙中结合结晶水，体积膨胀，对混凝土造成破坏。

(4) 镁盐侵蚀海水、地下水及其它矿物水中常富含镁盐，主要有硫酸镁及氯化镁等。它们与水泥石中的氢氧化钙发生反应，生成溶与水的氯化镁易和松软无胶结力的氢氧化镁。石膏则产生硫酸盐侵蚀，都将破坏混凝土的结构。

2.3.2 碱-集料反应

碱-集料反应主要是指混凝土中的氢氧根离子与集料中的活性二氧化硅发生化学反应，生成含有碱金属的硅凝胶。它具有强烈的吸水膨胀能力，使混凝土发生不均匀膨胀，造成裂缝、强度和弹性模量下降，影响混凝土耐久性。

2.3.3 混凝土的冻融破坏

冻融循环对混凝土结构的损伤分为两类：第一类是内部损伤，是由于混凝土内部水结冰产生约9%的体积膨胀造成，混凝土产生开裂甚至剥落，通常发生在混凝土内部的水含量超过某个临界值的情况。第二类是表层损伤，是由于混凝土表层持续受盐溶液浸渍，和冻融共同作用，在混凝土局部薄弱处发生剥落。在冻融循环作用下，微裂缝逐步发展，使更多的封闭孔相互连接贯通，进一步降低混凝土的抗冻性加速混凝土的冻融破坏。

3．提高混凝土耐久性的措施

由以上分析可知，要提高混凝土耐久性，满足耐久性要求，首要条件就是必须降低混凝土的孔隙率，尤其是要降低毛细管孔隙率，即混凝土必须有足够的密实性并且不出现有害裂缝，从而能创对抵抗水分和侵蚀性介质的渗入。

3.1 完善混凝土结构的耐久性设计

(1) 详细勘察结构所处的环境条件，从中确定主导破坏因素(如大气和雨雪造成混凝土干缩循环和冻融循环作用、地表水或地下水中的侵蚀性介质影响等)，实现考虑环境条件的建筑结构设计。

(2) 严格遵守设计规范的要求，结构布置力求简单，合理布置排水及各种结